JP2005282757A - 一方向クラッチおよび一方向クラッチ内蔵型プーリ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 低温時でも高温時でも一方向クラッチのロック状態、オーバーラン状態に必要な適正なばね力を与えることができ、より信頼性の高い一方向クラッチおよび一方向クラッチ内蔵型プーリ装置を提供する。
【解決手段】 一方向ローラクラッチ１３において、弾性体１９は、熱膨張係数の異なる材料を組み合わせて構成される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、一方向クラッチおよび一方向クラッチ内蔵型プーリ装置に関し、より詳細には、自動車用補機であるスタータ、オルタネータ、クランクプーリ、コンプレッサや、エンジンアイドルストップ時の補機駆動用等として使用する一方向クラッチおよび一方向クラッチ内蔵型プーリ装置に関する。

従来、自動車の駆動用エンジンを駆動源として、自動車に必要な発電を行うオルタネータ等の補機を駆動するためのプーリ装置として、一方向クラッチ内蔵型プーリ装置を使用することが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

例えば、オルタネータに組み込まれる一方向クラッチ内蔵型プーリ装置では、クランク軸に固定された駆動プーリから駆動ベルトが掛け渡される従動プーリと、オルタネータの回転軸に固定されるスリーブとが設けられ、従動プーリとスリーブとの間に一方向ローラクラッチ及び一対のサポート軸受が配置されている。

そして、従動プーリの回転角速度がオルタネータの回転軸の回転角速度より速い場合には、一方向ローラクラッチのローラのくさび作用によって、従動プーリとスリーブとが相対回転不能（ロック状態）となり、エンジンの回転力がオルタネータの回転軸に伝達される。一方、従動プーリの回転角速度がオルタネータの回転軸の回転角速度より遅い場合には、従動プーリとスリーブとの相対回転が自在（オーバーラン状態）となる。従って、クランク軸の回転角速度が変動した場合でも、一方向ローラクラッチの作用により、無端ベルトとプーリが擦れ合うことが防止され、鳴きと呼ばれる異音の発生や摩耗による無端ベルトの寿命低下を防止すると共に、オルタネータの発電効率が低下することを防止できる。

具体的に、上記のプーリ装置に組み込まれる一方向ローラクラッチは、図５に示されるように、内周面を全周に亘ってほぼ円筒面１０１とした外輪１００と、外周面に凹部１０３が等間隔に形成された内輪１０２と、凹部１０３と円筒面１０１間に形成された各くさび空間に回動自在に配置された複数のローラ１０４と、ローラ１０４を個々に収容する複数のポケットを有する保持器１０５と、ローラ１０４をくさび空間の幅の狭い方向、即ちロック方向へ弾性的に押圧するばね１０６とを備える。

そして、ロック状態においては、ローラ１０４は外輪１００の内周面から受ける力とばね１０６の弾性力とに基づき、凹部１０３が浅くなった側でくさび状に食い込む。また、オーバーラン状態においては、ローラ１０４は外輪１００の内周面から受ける力に基づき、ばね１０６の弾性力に抗して、凹部１０３が深くなった側に変位する。
特開平７−３１７８０７号公報

ところで、一方向ローラクラッチは、通常グリース等で潤滑されるが、グリースは一般的に温度が低くなれば固化する傾向にある。つまり、低温時にばね１０６がローラ１０４を内輪１０２と外輪１０１間のくさび空間の幅挟部に押圧しようとしても、固化傾向にあるグリースにばね１０６の動きが阻害され、瞬時にローラ１０４を押圧することができず、すべり現象（ロック不良）を起こす可能性がある。このため、ばね力の高いばね１０６を採用することが考えられるが、オーバーラン状態では、ローラ１０４とばね１０６との押圧力が高くなり、各部の摩耗が発生したり、摩耗粉によるグリースの劣化によって一方向ローラクラッチの性能が低下してしまう可能性がある。この傾向は、温度が高い状況ではより顕著である。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、低温時でも高温時でも一方向クラッチのロック状態、オーバーラン状態に必要な適正なばね力を与えることで、より信頼性の高い一方向クラッチ及び一方向クラッチ内蔵型プーリ装置を提供することである。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 本発明の一方向クラッチによれば、内輪と、該内輪の周囲に該内輪と同芯に配置された外輪と、前記内輪の外周面と前記外輪の内周面との間に設けられた複数の係合子と、該係合子を個々に収容する複数のポケットを有する保持器と、該保持器に固定されると共に、前記係合子をロック方向に弾性的に押圧する弾性体とを備え、
前記弾性体は、熱膨張係数の異なる材料を組み合わせて構成されたことを特徴とする。
（２） （１）の一方向クラッチによれば、前記弾性体は、バイメタルによって構成されたことを特徴とする。
（３） また、本発明の一方向クラッチ内蔵型プーリ装置によれば、（１）又は（２）に記載の一方向クラッチが組み込まれたことを特徴とする。
（４） また、本発明のスタータ用一方向クラッチ内蔵型プーリ装置によれば、（１）又は（２）に記載の一方向クラッチが組み込まれたことを特徴とする。

本発明の一方向クラッチおよび一方向クラッチ内蔵型プーリ装置によれば、弾性体は、熱膨張係数の異なる材料を組み合わせて構成されたので、低温時でも高温時でも一方向クラッチのロック状態、オーバーラン状態に必要な適正なばね力を与えることができ、より高い信頼性を得ることができる。

以下、本発明の一実施形態に係る一方向クラッチおよび一方向クラッチ内蔵型プーリ装置について図面を参照して詳細に説明する。

図１は本発明の第１実施形態である一方向クラッチ内蔵型プーリ装置の縦断面図であり、図２は図１における一方向クラッチの保持器とばねを示す斜視図であり、図３は、一方向クラッチのばねを示す側面図である。

図１に示すように、一方向クラッチ内蔵型プーリ装置１０は、オルタネータ等の補機の回転軸（図示せず）に螺合して固定自在なスリーブ１１と、スリーブ１１の径方向外側にスリーブ１１と同芯に配設され、外周面にベルト溝１２ａが形成されたプーリ１２とを備えている。ベルト溝１２ａには、エンジンのクランク軸に固定された駆動プーリ（図示せず）に懸架された駆動ベルト（図示せず）が掛け渡されている。

また、スリーブ１１の軸方向中間部における外周面とプーリ１２の軸方向中間部における内周面との間には、一方向クラッチである一方向ローラクラッチ１３が配置されており、スリーブ１１の軸方向両端部における外周面とプーリ１２の軸方向両端部における内周面との間には、一方向ローラクラッチ１３を狭持するように一対のサポート軸受１４が配置されている。サポート軸受１４としては、深溝玉軸受が使用されており、プーリ１２に加わるラジアル荷重を支承しつつ、スリーブ１１とプーリ１２とを相対回転可能に支持する。

図１及び図２に示されるように、一方向ローラクラッチ１３は、スリーブ１１の外周面に圧入固定され、回転軸と共に回転する内輪１５と、プーリ１２の内周面に圧入固定されると共に、内輪１５の周囲に内輪１５と同芯に配置された筒状の外輪１６とを有する。内輪１５の外周面は、円周方向において等間隔に形成された複数の凹部１５ａを有するカム面をなしており、外輪１６の内周面に形成された円筒面１６ａと各凹部１５ａとの間には、均一なくさび空間がそれぞれ形成されている。そして、各くさび空間には、係合子である複数のローラ１７が回動自在に設けられている。

また、ローラクラッチ１３は、各ローラ１７を個別に収容する複数のポケットを有する保持器１８と、保持器１８に固定されると共に、各ローラ１７をロック方向に弾性的に押圧する弾性体であるばね１９とを有している。

図２に示されるように、保持器１８は、円環状の一対のリム部２０と、一対のリム部２０を連結する複数の柱部２１とを備えている。また、一対のリム部２０の内側面で円周方向において各柱部２１と整合する部分には、端部側ばね保持部２２が各柱部２１の外周面側から径方向外方に突出する状態で形成されている。これに対して、各柱部２１の軸方向中央部には、中央側ばね保持部２３が各柱部２１の外周面側から径方向外方に突出する状態で形成されている。このような端部側ばね保持部２２と中央側ばね保持部２３は、円周方向に少しずらした状態で配置されており、ばね１９は端部側ばね保持部２２の円周方向一側面と、中央側ばね保持部２３の円周方向他側面との間に挟持される。この挟持されたばね１９は、その両端部を折り曲げることで押圧部２４を構成しており、押圧部２４により各ローラをロック方向、即ち、凹部１５ａの溝の浅い側に向けて押圧している。

また、ばね１９は、図３に示されるように、熱膨張係数の異なる材料を組み合わせることで構成される。具体的に、ばね１９は、熱膨張係数の高い高熱膨張材料２５と熱膨張係数の低い低熱膨張材料２６とを組み合わせて形成されており、高熱膨張材料２５がローラ１７と当接する外側に、低熱膨張材料２６が内側になるように配置されている。

このように構成された一方向クラッチ内蔵型プーリ装置１０は、プーリ１２の回転角速度が回転軸の回転角速度より速い場合、即ち、外輪１６が内輪１５に対して所定の方向に相対回転する傾向となる場合には、ローラ１７は外輪１６の内周面から受ける力とばね１９の弾性力とに基づき、凹部が浅くなった側、即ち、くさび空間の幅狭側でくさび状に食い込み、外輪１６と内輪１５との間で各ローラ１７が係合する。これにより、プーリ１２とスリーブ１１とが相対回転不能（ロック状態）となり、エンジンの回転力が回転軸に伝達される。一方、プーリ１２の回転角速度が回転軸の回転角速度より遅い場合には、ローラ１７は外輪１６の内周面から受ける力に基づき、ばね１９の弾性力に抗して、凹部が深くなった側、即ち、くさび空間の幅の広い側に変位し、ローラ１７の係合が解除されて、プーリ１２とスリーブ１１との相対回転が自在（オーバーラン状態）となる。

一方向ローラクラッチ１３のロック状態とオーバーラン状態において、ばね１９の弾性力はローラ１７の移動に影響するが、ばね１９は温度依存性を有するので、温度が低い時には、ばね１９の高さが高くなりローラ１７を押圧する力が増加し、一方、温度が高いときには、ばね１９の高さが低くなり、ローラ１７を押圧する力が減少する。従って、低温時に、一方向ローラクラッチ１３を潤滑するグリースが固化傾向にある場合でも、ばね１９の高さを高くすることでローラ１７への適切な押圧力を得ることができる。このように熱膨張係数の異なる材料を組み合わせてばね１９を構成することで低温時においても高温時においてもローラクラッチが機能する上で適切なばね力を設定することができる。

従って、本実施形態の一方向クラッチ１３および一方向クラッチ内蔵型プーリ装置１０によれば、ばね１９は、熱膨張係数の異なる材料を組み合わせて構成されたので、低温時でも高温時でも一方向クラッチのロック状態、オーバーラン状態に必要な適正なばね力を与えることができ、より高い信頼性を得ることができる。

なお、ばね１９の形状は、上記のものに限定されず、図４に示されたように、押圧部が９０°未満で折り曲げられた形状のものであってもよい。また、ばね１９は、温度依存性を持つものであれば、板ばねに限定されず、コイルばね等であってもよい。
さらに、ばねの材料としてバイメタル合金を用いても、同様の効果を奏することができる。バイメタルの材料としては、銅合金、アルミニウム合金等が使用される。例えば、ＪＩＳ Ｃ ２５３０等で規格化されているもの（例：ＴＭ１，ＴＭ２，ＴＭ３，ＴＭ４，ＴＭ５Ａ，ＴＭ５Ｂ，ＴＭ６等）が使用される。これら以外でも、ばねの形状が温度依存性を持つ、つまり、ばね力が温度依存性を持つものであれば、樹脂バイメタル、カーボンバイメタル、又はＪＩＳ規格以外の熱膨張係数の違う金属を組み合わせたものでもよい。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。
本発明において、一方向ローラクラッチの軸方向両側に配置されたサポート軸受は、深溝玉軸受以外の形式の転がり軸受であってもよい。
本実施形態では、一方向クラッチ内蔵型プーリ装置はオルタネータの回転軸と従動プーリ間に装着されたが、スタータのプーリと回転軸間に装着されてもよく、この場合には、内輪の外周面を円筒面とし、外輪の内周面にカム面を形成し、内輪が外輪に対して所定方向に相対回転する傾向となる場合にのみ、内輪と外輪との間で回転力の伝達が自在となる。
また、ローラクラッチ内蔵型プーリ装置がエンジンアイドルストップ機構の補機駆動用として適用される場合には、エンジン停止時にコンプレッサ等の補機を専用のモータにて駆動するため、エンジンの回転変動は受けないが、補機駆動用モータから発生する回転変動を受ける構成となる。
本実施形態では、一方向クラッチとして、係合子にローラを用いたローラクラッチとしたが、係合子にスプラグ等を用いたスプラグクラッチであってもよい。

本実施形態における一方向クラッチ内蔵型プーリ装置の縦断面図である。 一方向クラッチの保持器とばねを示す斜視図である。 一方向クラッチのばねを示す断面図である。 一方向クラッチのばねの変形例を示す断面図である。 従来の一方向クラッチを示す断面図である。

符号の説明

１０ 一方向クラッチ内蔵型プーリ装置
１１ スリーブ
１２ プーリ
１２ａ ベルト溝
１３ 一方向ローラクラッチ（一方向クラッチ）
１４ サポート軸受
１５ 内輪
１６ 外輪
１７ ローラ
１８ 保持器
１９ ばね
２４ 押圧部
２５ 高熱膨張材料
２６ 低熱膨張材料

Claims (4)

1. 内輪と、該内輪の周囲に該内輪と同芯に配置された外輪と、前記内輪の外周面と前記外輪の内周面との間に設けられた複数の係合子と、該係合子を個々に収容する複数のポケットを有する保持器と、該保持器に固定されると共に、前記係合子をロック方向に弾性的に押圧する弾性体とを備えた一方向クラッチであって、
   前記弾性体は、熱膨張係数の異なる材料を組み合わせて構成されたことを特徴とする一方向クラッチ。
2. 前記弾性体は、バイメタルによって構成されたことを特徴とする請求項１に記載の一方向クラッチ。
3. 請求項１又は２に記載の一方向クラッチが組み込まれたことを特徴とする一方向クラッチ内蔵型プーリ装置。
4. 請求項１又は２に記載の一方向クラッチが組み込まれたことを特徴とするスタータ用一方向クラッチ内蔵型プーリ装置。

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